(57)【要約】【課題】内燃機関の、とくにオットー機関の、有害物質の少ない、燃料を節約するかつノッキングの起こらない動作を可能にするため、燃焼段階の燃料空気混合気を評価する方法及び装置を提案する。【解決手段】周期的に燃焼段階を開始する電気点火パルスが、燃焼室の点火プラグに加えられる、とくにオットー機関における燃焼段階における燃料空気混合気の品質を評価する方法において、燃焼段階（Ｖ）の間に点火パルス（Ｚ）に続いて、点火プラグに電気テストパルス（Ｐ）が加えられ、かつ燃焼室のその都度の燃料空気混合気によって生じるテストパルス（Ｐ）の影響が、電気量として検出される。【選択図】図１
2006083866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的に燃焼段階を開始する電気点火パルスが、燃焼室の点火プラグに加えられる、とくにオットー機関における燃焼段階における燃料空気混合気の品質を評価する方法において、
燃焼段階（Ｖ）の間に点火パルス（Ｚ）に続いて、点火プラグに電気テストパルス（Ｐ）が加えられ、かつ燃焼室のその都度の燃料空気混合気によって生じるテストパルス（Ｐ）の影響が、電気量として検出されることを特徴とする、燃料空気混合気の品質を評価する方法。
【請求項２】
電気量が、次の燃焼段階（Ｖ）又は次の複数の燃焼段階（Ｖ）の燃料空気混合気の混合比を制御するために評価されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
電気量が、１つ又は複数の次の点火パルス（Ｚ）の点火時点を制御するために評価されることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。  
【請求項４】
点火パルス（Ｐ）が、ほぼ燃焼段階（Ｖ）の期間に相当することを特徴とする、請求項１ないし３の１つに記載の方法。
【請求項５】
テストパルス（Ｐ）の振幅が、所定の最大値（Ｕ０）に構成され、この最大値が、点火パルス（Ｚ）の点火電圧よりも著しく小さく、その際、テストパルス（Ｐ）の振幅の実際値が、その都度の燃焼過程における燃料空気混合気のその都度の混合比に相応して、最大値（Ｕ０）に対して小さくなっており、かつこのことが評価され、かつテストパルス（Ｐ）のために生じる測定信号（Ｐｉｏ）の大きさが、所定の時間（ｔｓ）の後に評価され、その際、測定時点（ｔ３）が、テストパルス（Ｐ）の期間内にあることを特徴とする、請求項１ないし４の１つに記載の方法。
【請求項６】
テストパルス（Ｐ）の振幅が、所定の最大値（Ｕ０）に構成され、この最大値が、点火パルス（Ｚ）の点火電圧よりも著しく小さく、かつその都度の混合比によって影響を受ける測定信号経過（Ｐｉｏ）のテストパルス（Ｐ）の間の積分が評価されることを特徴とする、請求項１ないし４の１つに記載の方法。
【請求項７】
テストパルス（Ｐ）の振幅が、所定の最大値（Ｕ０）に構成され、この最大値が、点火パルス（Ｚ）の点火電圧よりも著しく小さく、かつ測定信号閾値（Ｕｓｃｈｗ）に到達した時点（ｔｓｃｈｗ）が評価されることを特徴とする、請求項１ないし４の１つに記載の方法。
【請求項８】
測定信号閾値（Ｕｓｃｈｗ）に到達した時点以後、その後の測定信号経過が、積分によって評価されることを特徴とする、請求項６又は７記載の方法。
【請求項９】
点火パルスをトリガする断続器、及び点火パルスを発生する点火コイルを有するオットー機関における、請求項１ないし８の１つに記載の方法を実施する装置において、
テストパルス発生器（１０）が、断続器（８）の点火時点を検出し、かつ遅延時間（ｔｖ）を置いてテストパルス（Ｐ）を発生し、かつテストパルス発生器（１０）が、点火プラグ（２）及び評価回路（１２）に接続されており、この評価回路が、燃焼室（１）内のその都度の燃料空気混合気によって影響を受けるテストパルス（Ｐ）を評価することを特徴とする、請求項１ないし８の１つに記載の方法を実施する装置。
【請求項１０】
テストパルス発生器（１０）が、測定抵抗（Ｒ１）を介して点火プラグ（２）及び評価回路（１２）に接続されていることを特徴とする、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
１つ又は複数の電圧に依存する抵抗（Ｒ２）が、点火コイル（６）の２次巻線（５）に対して直列に接続されており、したがってテストパルス（Ｐ）を２次巻線（５）からデカップリングすることを特徴とする、請求項９又は１０記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周期的に燃焼段階を開始する電気点火パルスが、燃焼室の点火プラグに加えられる、とくにオットー機関における燃焼段階における燃料空気混合気の品質を評価する方法に関する。さらに本発明は、このような方法を実施する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術によれば、オットー機関は、（濃い）燃料空気混合気によって動作させられ、この燃料空気混合気のラムダ値（燃料／空気比）はほぼ１にある。このような動作様式は、燃焼排気ガス及び燃料消費量に関して常に満足なものではない。
【０００３】
希薄な燃料空気混合気（ラムダ値＞１）によって動作させられるオットー機関も周知である。それにより燃料消費量は減少する。しかし”ノッキング”が生じることがあり、このことは望ましくない。
【０００４】
周知の機関において、個々の燃焼段階の燃料空気比は評価されないので、燃料空気比の制御は、相応して鈍い。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許第２８０２１９６号明細書に、反応混合物のイオン化状態を検出するイオン電流センサが記載されている。イオン電流センサは、制御又は表示量を形成するためにイオン電流のための評価装置に接続されている。残留物の燃焼のために、点火プラグによって形成することができるイオン電流センサに、点火電圧が加えられる。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許第４２３９８０３号明細書に、内燃機関のためのイオン化電流検出装置が提案されている。これにより、燃焼パルスを検出することによって混合気の燃焼を確認するようにする。燃焼が行なわれたか又は行なわれなかったかが、検出できるにすぎない。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許第３４４５５３９号明細書によれば、点火パルスと炎前面の伝搬との間の時間が検出される、ラムダ値の評価が公知である。この時間は、実際ラムダ値を表わしている。炎前面の伝搬を測定するために、独立に燃焼室内に取付けられた電極が使われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、内燃機関の、とくにオットー機関の、有害物質の少ない、燃料を節約するかつノッキングの起こらない動作を可能にするため、燃焼段階の燃料空気混合気を評価する方法及び装置を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、前記の課題は、初めに述べたような方法において次のようにして解決される。すなわち燃焼段階の間に点火パルスに続いて、点火プラグに電気テストパルスが加えられ、かつ燃焼室のその都度の燃料空気混合気によって生じるテストパルスの影響が、電気量として検出される。
【００１０】
それにより、いずれにせよ存在する点火プラグを使用して、燃焼室における個々の燃焼段階においてそれぞれ存在する燃料空気混合気の混合比（ラムダ値）を検出することが達成される。点火プラグは、燃焼室内においてイオン化電極として作用し、その際、燃焼室内にそれぞれ存在する燃料空気混合気の混合比に依存するイオン化は、電気テストパルスに相応して影響を及ぼす。定義されたテストパルスの能動的なあらかじめの供与は、燃焼ガスのイオン化の受動的なだけの評価よりも良好に再現可能なかつ良好に評価可能な信号を生じる。
【００１１】
テストパルスの影響から導き出される電気量は、次の燃焼段階及び／又は次の複数の燃焼段階の混合比を制御するために使用することができる。このことは、混合比の目標値を達成するために、燃料供給及び／又は空気供給を相応して増加し、かつ／又は減少することによって行なうことができる。なるべく次の燃焼過程における”ノッキング”を避けるために、機関が”ノッキング”の傾向を有する混合比の範囲において、点火時点も調整される。
【００１２】
限界の場合、それぞれの燃焼段階（オットー機関の作業行程）又はそれぞれのテストパルスの後に、次の燃焼段階に対する最適な混合比及び最適な点火時点が設定される。しかし連続する燃焼段階の複数のテストパルスから平均値を形成し、かつこれにより次の１つ又は複数の燃焼段階のための調整を行ない、かつ／又は燃焼段階のテストパルスに基づいて後続の複数の燃焼段階のための調整を行なうことも、有利なことがある。
【００１３】
オットー機関は、通常複数の燃焼室（シリンダ）を有する。本発明によれば、それぞれのシリンダに対する混合比及び必要な場合には点火時点を独立に検出し、かつ調節することが可能である。
【００１４】
方法を実施する装置は、特許請求の範囲第９ないし１１項の特徴によって特徴づけられている。この電気装置は、通常の点火装置に簡単に統合される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
方法と装置のその他の有利な構成は、実施例の次の説明から明らかである。
【００１６】
オットー機関は、複数の燃焼室１を有し、これらのうち図５には１つが示されている。燃焼室１内に点火プラグ２が配置されている。図示されていない弁を介して燃焼室１に、燃料空気混合気が供給可能であり、この燃料空気混合気の混合比は、例えば噴射ノズル３及び絞り弁４によって調節することができる。
【００１７】
点火プラグ２は、点火コイル６の２次巻線５に接続されており、この点火コイルの１次巻線７の前に、断続器８がある。点火配電器９は、点火パルスを燃焼室の点火プラグ２に分配する。
【００１８】
図１ないし４に、４サイクルオットー機関の燃焼室１の燃焼段階Ｖが概略的に示されている。これは、断続器８及び点火コイル６を介して点火プラグ２により引起こされる点火パルスＺによって始まり、この点火パルスは、例えば１５ｋＶの点火電圧を有する。これは、機関回転速度に応じて数ｍｓ後に終了し、その後、燃焼室１から排気ガスが追出される。図１ないし４による実施例において、燃焼段階Ｖの間に点火時点ｔ０の後にｔｖだけ時間的に遅延して、テストパルス発生器１０から破線で示したテストパルスＰが発生される。点火時点を検出するために、テストパルス発生器１０は、信号線１１を介して断続器８又は点火コイル６の２次巻線５に連結されている。テストパルスＰは、方形パルスであり、この方形パルスは、燃焼段階Ｖを取り囲んでいる。
【００１９】
テストパルスは、時間遅延ｔｖの後に時点ｔ１に始まる。時間遅延ｔｖは、テストパルスが本来の燃焼段階Ｖの開始前に始まるように決められている。時間遅延ｔｖは、１ｍｓより小さく；これは、例えば０．１ｍｓにある。時間遅延ｔｖによって、点火電圧の後続振動が除去される。テストパルスＰは、燃焼段階Ｖの後の時点ｔ２に終了する。その期間ｔｐは、最大ほぼ１５ｍｓである。
【００２０】
振幅Ｕ０は、抵抗Ｒ１の前において、テストパルスの期間の間にわたって一定であり、抵抗Ｒ１の後において、場合によっては存在するイオン化により縮小される。テストパルスＰの振幅は、点火プラグの点火電圧Ｕｚよりもずっと小さい。例えば振幅の最大値Ｕ０は、ほぼ１００Ｖと１０００Ｖの間、例えば６００Ｖにある。
【００２１】
テストパルスＰは、測定抵抗Ｒ１を介して点火プラグ２に加えられる。測定抵抗Ｒ１に接続された評価回路１２は、燃料空気混合気の異なったイオン化のために燃焼室１内のその都度の混合比に依存して生じる振幅の変化、又は最大値Ｕ０を有するテストパルスＰに対する測定信号経過Ｐｉｏの変化を検出する。そのために測定抵抗Ｒ１の前後の測定線１６、１７が使われ、これら測定線は、評価回路１２に接続されており、かつここに差電圧を供給する。図２、３及び４は、測定結果によりこのような振幅変化及び測定信号変化を示している。
【００２２】
ラムダ＜１に相当する混合比の場合、測定の際に振幅Ｕ１を有する測定信号パルスＰｉｏが生じる（図２（Ａ）、２（Ｂ）、２（Ｃ）参照）。ほぼ１のラムダに相当する混合比の場合、測定の際に振幅Ｕ２を有する測定信号パルスＰｉｏが生じる（図３（Ａ）、３（Ｂ）、３（Ｃ）参照）。ラムダ＞１に相当する混合比の場合、測定の際に振幅Ｕ３を有する測定信号パルスＰｉｏが生じる（図４（Ａ）、４（Ｂ）、４（Ｃ）参照）。したがってテストパルスに対する得られた測定信号パルスＰｉｏのそれぞれの変化は、燃焼段階Ｖにおける燃焼室１内のそれぞれの混合比に対する尺度である。この変化は、評価回路１２によって検出され、この評価回路は、これを、制御線１３を介して噴射ノズル３を制御するため、かつ／又は制御線１４を介して絞り弁４を制御するため、かつ制御線１５を介して断続器８の点火時点を制御するために評価する。
【００２３】
評価回路１２に目標値Ｓが加えられ、この目標値は、それぞれ所望の混合比をあらかじめ与える。目標値Ｓからの偏差に相応して、評価回路１２は、制御線１３、１４を介して燃料及び／又は空気の供給を調整する。
【００２４】
図５による回路においてテストパルスＰは、測定抵抗Ｒ１を介して点火プラグ２に加えられる。２次巻線５は、１つ又は複数の電圧に依存する抵抗Ｒ２によってテストパルスＰからデカップリングされている。これは、それにより点火プラグ２において有効であるが、２次巻線５においては有効ではない。電圧に依存する抵抗Ｒ２は、２次巻線５に対して直列に接続されている。点火電圧Ｕｚに対してこれらは、小さな抵抗をなし、かつテストパルスＰに対してこれらは、大きな抵抗をなしている。それにより一方において点火パルスＺが妨害されずに点火プラグに作用することができ、かつ他方において点火パルスＺの後にテストパルスＰが妨害されずに点火プラグ２に到達することを保証する簡単な回路が達成されている。
【００２５】
点火配電器９は、電圧に依存する抵抗Ｒ２と点火プラグ２の間にあるので、前記の回路は、それぞれの燃焼室１における燃焼段階Ｖを個別に検出する。
【００２６】
測定信号パルスＰｉｏの評価は、評価回路１２の相応する構成によって種々の様式で行なうことができる：すなわち
【００２７】
Ａ：評価回路１２は、それぞれの燃焼過程Ｖにおけるイオン化によるテストパルスＰの影響の結果生じる測定信号パルスＰｉｏの経過を時間に関して積分し、すなわちテストパルスＰの期間にわたって積分する（図２（Ａ）、３（Ａ）、４（Ａ）参照）。図２（Ａ）、３（Ａ）、４（Ａ）において測定信号経過のハッチングで示す面積（積分）を比較すれば明らかなように、ほぼ１のラムダ値（図３（Ａ）参照）におけるこの面積は、ラムダ＜１及びラムダ＞１（図２（Ａ）、４（Ａ）参照）の場合よりも明らかに大きく、このことは、評価回路１２によって簡単に評価することができ、かつ燃料空気混合気を調整するために利用することができる。
【００２８】
Ｂ：時点ｔ１におけるテストパルスＰの始動とともに、又は点火パルスＺとともに、タイマがスタートされる。これによりあらかじめ与えられる時間遅延ｔｖより長い時間ｔｓの後に、時点ｔ３に燃焼過程Ｖの期間に比較してきわめて短い時間の間、測定ウインドウＦが開かれる。この測定ウインドウＦ内において評価回路１２は、測定信号Ｐｉｏのその都度の大きさを検出する（図２（Ｂ）、３（Ｂ）、４（Ｂ）参照）。図２（Ｂ）、３（Ｂ）、４（Ｂ）における測定ウインドウＦ内の測定信号Ｐｉｏの大きさの比較は、ほぼ１のラムダ値の際の測定時点ｔ３における測定信号が（図３（Ｂ）参照）、ラムダ値＜１及びラムダ値＞１の場合（図２（Ｂ）、４（Ｂ）参照）よりもはっきりと大きいことを示している。このことは、評価回路１２によって簡単に評価することができ、かつ燃料空気混合気の調整のために利用することができる。
【００２９】
この構成において、テストパルスＰの期間が燃焼過程を完全に含んでいる必要はない。テストパルスＰの開始ｔ１と終了ｔ２は測定ウインドウＦの近くにあってもよい。
【００３０】
Ｃ：評価回路１２によって閾値Ｕｓｃｈｗがあらかじめ与えられ、この閾値は、振幅Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３より小さい。評価回路１２は、測定信号Ｐｉｏが閾値Ｕｓｃｈｗに達する期間ｔｓｃｈｗを検出する。期間ｔｓｃｈｗの開始は、テストパルスＰの開始する時点ｔ１に（図２（Ｃ）、３（Ｃ）、４（Ｃ）参照）、又は点火時点ｔ０に置くことができる。
【００３１】
図２（Ｃ）、３（Ｃ）、４（Ｃ）の比較から明らかなように、ほぼ１のラムダ値の場合（図３（Ｃ）参照）に閾値Ｕｓｃｈｗに到達するまでの期間ｔｓｃｈｗは、ラムダ＜１及びラムダ＞１の場合（図２（Ｃ）、４（Ｃ）参照）よりもはっきりと短く、このことは、評価回路１２によって簡単に評価することができ、かつ燃料空気混合気の調整のために利用することができる。
【００３２】
Ｄ：Ｃ及びＡによる方法の組合わせも可能である。その際、閾値Ｕｓｃｈｗに到達した際にＡによる積分がスタートされる。それにより閾値Ｕｓｃｈｗ以下及び期間ｔｓｃｈｗ以内にある妨害となる測定信号変動の積分結果への影響が抑圧される。
【００３３】
前記方法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて、それぞれの燃料過程が、理論空燃比以上にあるか、又は以下にあるか（ラムダ＞１又はラムダ＜１）は、直接検出されない。しかしこのことは、評価回路１２が、アクチュエータ（Ａｋｔｏｒｉｋ）（ノズル３、絞り弁４）のその都度の位置又はその都度の操作方向を検出することによって、検出することができる。なぜならその都度の位置又は操作方向は、理論空燃比以上又は以下の範囲における動作様式の写像であるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】点火パルス及びテストパルスを含む燃焼段階（オットー機関の作業行程）の時間線図である。
【図２】濃い混合気、例えばλ０．８におけるテストパルスの測定線図である。
【図３】ラムダ１におけるテストパルスの測定線図である。
【図４】希薄混合気、例えばラムダ＞１におけるテストパルスの測定線図である。その際、測定線図、図２（Ａ）、３（Ａ）及び４（Ａ）において積分測定が、測定線図、図２（Ｂ）、３（Ｂ）、４（Ｂ）において所定の時間ウインドウにおける電圧測定が、かつ測定線図、図２（Ｃ）、３（Ｃ）、４（Ｃ）において電圧閾値の到達に依存する時間測定が行なわれる。
【図５】図１ないし４によるテストパルスを発生しかつ評価する回路を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  燃焼室
２  点火プラグ
５  ２次巻線
６  点火コイル
１０  テストパルス発生器
１２  評価回路
Ｐ  テストパルス
Ｒ  抵抗
ｔ  時間
Ｕ０  最大値
Ｕｓｃｈｗ  測定信号閾値
Ｖ  燃焼段階
Ｚ  点火パルス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年1月17日(2006.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オットー機関における燃焼段階における燃料空気混合気の品質を評価する方法であって、以下の工程：
燃焼室の点火プラグへの、点火コイルによって生成され燃焼段階を開始する電気点火パルスの周期的印加；
燃焼段階（Ｖ）の間における点火パルス（Ｚ）に続く点火プラグへの電気テストパルス（Ｐ）の印加；及び
燃焼室のその都度の燃料空気混合気によって生じるテストパルス（Ｐ）の影響の、電気量としての検出；
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
次の燃焼段階（Ｖ）又は次の複数の燃焼段階（Ｖ）の燃料空気混合気の混合比を制御するために、前記検出された電気量を評価する工程を有すること
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
１つ又は複数の次の点火パルス（Ｚ）の点火時点を制御するために前記検出された電気量を評価する工程を有すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
点火パルス（Ｐ）は、燃焼段階（Ｖ）の期間に相当すること
を特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
テストパルス（Ｐ）の振幅は、点火パルス（Ｚ）の点火電圧よりも著しく小さい所定の最大値（Ｕ０）に構成されること、
テストパルス（Ｐ）の振幅の実際値は、その都度の燃焼過程における燃料空気混合気のその都度の混合比に相応して、最大値（Ｕ０）に対して小さくなっており、かつこのことが評価されること、及び
テストパルス（Ｐ）のために生じる測定信号（Ｐｉｏ）の大きさが、所定の時間（ｔｓ）の後に評価され、その際、測定時点（ｔ３）が、テストパルス（Ｐ）の期間内にあること
を特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
テストパルス（Ｐ）の振幅は、点火パルス（Ｚ）の点火電圧よりも著しく小さい所定の最大値（Ｕ０）に構成されること、及び
その都度の混合比によって影響を受ける測定信号経過（Ｐｉｏ）のテストパルス（Ｐ）の間の積分が評価されること
を特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
テストパルス（Ｐ）の振幅は、点火パルス（Ｚ）の点火電圧よりも著しく小さい所定の最大値（Ｕ０）に構成されること、及び
測定信号閾値（Ｕｓｃｈｗ）に到達した時点（ｔｓｃｈｗ）が評価されること
を特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
測定信号閾値（Ｕｓｃｈｗ）に到達した時点以後、その後の測定信号経過が、積分によって評価されること
を特徴とする請求項６又は７記載の方法。
【請求項９】
１つ又は複数の電圧に依存する抵抗（Ｒ２）が、点火コイル（６）の２次巻線（５）に対して直列に接続されることにより、テストパルス（Ｐ）が２次巻線（５）からデカップリングされること
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
オットー機関における燃焼段階における燃料空気混合気の品質を評価する装置において、
点火パルスをトリガする断続器、及び点火パルスを発生する点火コイルと、
断続器（８）の点火時点を検出し、かつ遅延時間（ｔｖ）を置いてテストパルス（Ｐ）を発生するテストパルス発生器（１０）と
を有すると共に、
テストパルス発生器（１０）は、点火プラグ（２）及び評価回路（１２）に接続されており、該評価回路は、燃焼室（１）内のその都度の燃料空気混合気によって影響を受けるテストパルス（Ｐ）を評価すること
を特徴とする装置。
【請求項１１】
テストパルス発生器（１０）は、測定抵抗（Ｒ１）を介して点火プラグ（２）及び評価回路（１２）に接続されていること
を特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項１２】
テストパルス（Ｐ）を２次巻線（５）からデカップリングするために、１つ又は複数の電圧に依存する抵抗（Ｒ２）が、点火コイル（６）の２次巻線（５）に対して直列に接続されていること
を特徴とする請求項１０又は１１記載の装置。